Crystalline and amorphous nanoparticles of silicon in thin silica layers were examined by transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy, and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We used XPS data in the form of the Auger parameter to separate initial and final state contributions to the Si2p energy shift. The electrostatic charging and electron screening issues as well as initial state effects were also addressed. We show that the chemical shift in the nanocrystals is determined by initial state rather than final state effects, and that the electron screening of silicon core holes in nanocrystals dispersed in SiO2 is inferior to that in pure bulk Si.

1.
E.
Kapetanakis
,
P.
Normand
,
D.
Tsoukalas
,
K.
Beltsios
,
J.
Stoemenos
,
S.
Zhang
, and
J.
van den Berg
,
J. Appl. Phys.
77
,
3450
(
2000
).
2.
E. A.
Boer
,
M. L.
Brongersma
,
H. A.
Atwater
,
R. C.
Flagan
, and
L. D.
Bell
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
791
(
2001
).
3.
S.
Tiwari
,
F.
Rana
,
H.
Hanafi
,
A.
Hartstein
, and
E. F.
Crabbe
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1377
(
1996
).
4.
L.
Pavesi
and
D. J.
Lockwood
,
Silicon Photonics
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
2004
).
5.
S.
Tiwari
,
F.
Rana
,
H.
Hanafi
,
A.
Hartstein
,
E. F.
Crabbe
, and
K.
Chan
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1377
(
1996
).
6.
H. S.
Han
,
S. Y.
Seo
, and
J. H.
Shin
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
4568
(
2001
).
7.
P.
Kik
and
A.
Polman
,
J. Appl. Phys.
91
,
534
(
2002
).
8.
T. P.
Chen
,
Y.
Liu
,
C. Q.
Sun
,
M. S.
Tse
,
J. H.
Hsieh
,
Q. Y.
Fu
,
Y. C.
Liu
, and
S.
Fung
,
J. Phys. Chem. B
108
,
16609
(
2004
).
9.
F.
Karadas
,
G.
Ertas
, and
S.
Suzer
,
J. Phys. Chem. B
108
,
1515
(
2004
).
10.
S.
Lombardo
,
B. D.
Salvo
,
C.
Gerardi
, and
T.
Baron
,
Microelectron. Eng.
72
,
388
(
2004
).
11.
J.
De Blauwe
,
IEEE Trans. NanoTechnol.
1
,
72
(
2002
).
12.
S.
Iwata
and
A.
Ishizaka
,
J. Appl. Phys.
79
,
6653
(
1996
).
13.
T.
Eickhoff
,
V.
Medicherla
, and
W.
Drube
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
137–140
,
85
(
2004
).
14.
C. Q.
Sun
,
L. K.
Pan
,
Y. Q.
Fu
,
B. K.
Tay
, and
S.
Li
,
J. Phys. Chem. B
107
,
5113
(
2003
).
15.
C. Q.
Sun
,
B. K.
Tay
,
Y. Q.
Fu
,
S.
Li
,
T. P.
Chen
,
H. L.
Bai
, and
E. Y.
Jiang
,
J. Phys. Chem. B
107
,
411
(
2003
).
16.
A.
Dane
,
D. K.
Demirok
,
A.
Aydinli
, and
S.
Suzer
,
J. Phys. Chem. B
110
,
1137
(
2006
).
17.
J. A.
Evans
,
A.
Laine
,
P.
Weighman
,
J. A. D.
Matthew
,
D. A.
Woolf
,
D. I.
Westwood
, and
R. H.
Williams
,
Phys. Rev. B
46
,
1513
(
1992
).
18.
J. A.
Mejias
,
V. M.
Jimenez
,
G.
Lassaletta
,
A.
Fernandez
,
J. P.
Espinos
, and
A. R.
Gonzalez-Elipe
,
J. Phys. Chem.
100
,
16255
(
1996
).
19.
C. D.
Wagner
,
Anal. Chem.
47
,
1201
(
1975
).
20.
S. W.
Gaarenstroom
and
N.
Winograd
,
J. Chem. Phys.
67
,
3500
(
1977
).
21.
T.
Darrah Thomas
and
P.
Weightman
,
Phys. Rev. B
33
,
5406
(
1986
).
22.
C. G. H.
Walker
,
G. B. S. A.
Motron
,
J. A. D.
Matthew
, and
F. N.
Yousif
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
70
,
73
(
1994
).
23.
J. A. D.
Matthew
,
S. A.
Morton
,
C. G. H.
Walker
, and
G.
Beamson
,
J. Phys. D
28
,
1702
(
1995
).
24.
G.
Moretti
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
95
,
95
(
1998
).
25.
M.
Mitome
,
Y.
Yamazaki
,
H.
Takagi
, and
T.
Nakagiri
,
J. Appl. Phys.
72
,
812
(
1992
).
26.
J. E.
Castle
and
R. H.
West
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
16
,
195
(
1979
).
27.
C. J.
Powell
and
A.
Jablonski
, NIST Electron Inelastic-Mean-Free-Path Database 71, National Institute of Standards and Technology,
2000
).
29.
A.
Thøgersen
,
S.
Diplas
,
J.
Mayandi
,
A.
Gunnes
,
T.
Finstad
,
M.
Mitoome
,
Y.
Bando
, and
A.
Olsen
(unpublished).
30.
P. J.
Grunthaner
,
M. H.
Hecht
,
F. J.
Grunthaner
, and
N. M.
Johnson
,
J. Appl. Phys.
61
,
629
(
1987
).
31.
I.
Jirka
,
J. Phys. Chem. B
101
,
8133
(
1997
).
32.
K.
Hirose
,
H.
Kitahara
, and
T.
Hattori
,
Phys. Rev. B
67
,
195313
(
2003
).
33.
K. L.
Smith
and
K. M.
Black
,
J. Vac. Sci. Technol. A
2
,
744
(
1984
).
34.
C. D.
Wagner
,
D. E.
Passoja
,
H. F.
Hillery
,
T. G.
Kinisky
,
H. A.
Six
,
W. T.
Jansen
, and
J. A.
Taylor
,
J. Vac. Sci. Technol. A
21
,
933
(
1982
).
35.
F. J.
Himpsel
,
F. R.
McFeely
,
A.
Taleb-Ibrahimi
,
J. A.
Yarmoff
, and
G.
Hollinger
,
Phys. Rev. B
38
,
6084
(
1988
).
36.
P.
Carrier
,
L. J.
Lewis
, and
M. W. C.
Dharma-Wardana
,
Phys. Rev. B
65
,
165339
(
2002
).
37.
P.
Kroll
and
H. J.
Schulte
,
Phys. Status Solidi B
243
,
R47
(
2006
).
38.
N.
Daldosso
,
M.
Luppi
,
S.
Ossicini
,
E.
Degoli
,
R.
Magri
,
G.
Dalba
,
P.
Fornasini
,
R.
Grisenti
,
F.
Rocca
,
L.
Pavesi
,
S.
Boninelli
,
F.
Priolo
,
C.
Spinella
, and
F.
Iacona
,
Phys. Rev. B
68
,
085327
(
2003
).
39.
M.
Anwar
,
C. A.
Hogarth
, and
R.
Bulpett
,
J. Mater. Sci.
25
,
1784
(
1990
).
40.
J. F.
Moulder
,
W. F.
Stickle
,
P. E.
Sobol
, and
K. D.
Bomben
,
Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy
(
Perkin-Elmer Corporation
,
Eden Prairie, MN
,
1992
), p.
201
.
41.
P. S.
Bagus
,
W.
Andrzej
, and
F.
Hajo
,
Chem. Phys. Lett.
420
,
42
(
2006
).
42.
L. C.
Snyder
,
J. Phys. Chem.
55
,
95
(
1971
).
43.
M.
Weinert
and
R. E.
Watson
,
Phys. Rev. B
29
,
3001
(
1984
).
44.
E.
Wigner
and
J.
Bardeen
,
Phys. Rev.
48
,
84
(
1935
).
45.
L. E.
Brus
,
J. Chem. Phys.
80
,
4403
(
1984
).
47.
Y.
Kayanuma
,
Phys. Rev. B
38
,
9797
(
1988
).
48.
G.
Moretti
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
50
,
289
(
1990
).
49.
D. M.
Tanenbaum
,
A. L.
Laracuente
, and
A.
Gallagher
,
Phys. Rev. B
56
,
4243
(
1997
).
50.
T. L.
Chu
,
S. S.
Chu
,
S. T.
Ang
,
D. H.
Lo
,
A.
Duong
, and
C. G.
Hwang
,
J. Appl. Phys.
59
,
1319
(
1986
).
51.
P.
Weightman
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
93
,
165
(
1998
).
You do not currently have access to this content.